FI94662B

FI94662B - An arrangement for controlling the operating cylinders of a rock drilling machine boom

Info

Publication number: FI94662B
Application number: FI940936A
Authority: FI
Inventors: Jouko Muona
Original assignee: Tamrock
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-06-30
Also published as: FI940936A0; NO963581L; ZA951570B; CA2183970A1; EP0746668A1; NO963581D0; AU1812995A; JPH09509460A; WO1995023276A1; FI94662C

Description

9466294662

Sovitelma kallioporakoneen puomin toimisylintereidOn ohjaamiseksiArrangement for controlling the operating cylinders of a rock drilling machine boom

Keksinnön kohteena on sovitelma kallioporakoneen 5 puomin toimisylintereiden ohjaamiseksi, jossa puomissa on useita toimilaitteita puomin eri toimintoja varten, käyt-töventtiili kutakin toimilaitetta varten, kaksi painenes-tekanavaa, joihin käyttöventtiilit on kytketty rinnakkain, jolloin tiettyä toimilaitetta käytettäessä kyseisen toimi-10 laitteen käyttöventtiilillä yhdistetään mainitut painenes-tekanavat yhteyteen toimilaitteen kanssa, mainittuihin painenestekanaviin kytketty sähköohjattu proportionaali-venttiili, jolla ohjataan painenesteen virtausta mainituissa painenestekanavissa, sähköinen ohjausyksikkö pror 15 portionaaliventtiilin ohjaamiseksi ja ohjaimia kunkin toimilaitteen käyttämiseksi.The invention relates to an arrangement for controlling the operating cylinders of a rock drilling machine 5 boom, the boom having several actuators for different boom functions, an operating valve for each actuator, two pressure fluid channels to which the operating valves are connected in parallel. pressure fluid channels in communication with the actuator, an electrically controlled proportional valve connected to said pressure fluid channels to control the flow of pressure fluid in said pressure fluid channels, an electric control unit pror 15 for controlling the portioned valve, and controllers for operating each actuator.

Kallioporakoneessa käytetään puomin toimisylintereiden tai toimilaitteiden ohjaamiseksi nykyään tyypillisesti ratkaisua, jossa on yksi meno- ja paluuletkupari 20 hydraulinesteelle ja eri toimilaitteet on kytketty omalla käyttöventtiilillään rinnakkain näiden hydrauliletkujen suhteen. Edelleen tunnetuissa ratkaisuissa on yksi propor-tionaaliventtiili, jolla säädetään painenesteen virtausta . näissä toimilaitteille yhteisissä hydrauliletkuissa. Kuta- 25 kin toimilaitetta käytetään tällöin muiden ollessa toimimattomina ja käyttöventtiileillä valitaan, mikä toimilaite on ohjauksen kohteena ja proportionaaliventtiilillä säädetään toimilaitteeseen virtaavan ja vastaavasti tietenkin siitä poisvirtaavan painenesteen määrää.A rock drilling machine today typically uses a solution with one flow and return hose 20 for hydraulic fluid to control the boom actuators or actuators, and the various actuators are connected in parallel with their own operating valve with respect to these hydraulic hoses. Furthermore, known solutions have one proportional valve for controlling the flow of pressurized fluid. in these hydraulic hoses common to the actuators. Each actuator is then operated with the others inoperative and the operating valves select which actuator is to be controlled and the proportional valve controls the amount of pressure fluid flowing into and out of the actuator, of course.

·; 30 Ongelmana tunnetuissa ratkaisuissa on, että propor- tionaaliventtiilin säätöalue on mitoitettava aina suurimman tilavuusvirran vaatiman toimilaitteen tai sylinterin mukaan, jolloin pieniä sylintereitä ohjattaessa niiden liikenopeus olisi koko ohjauselimen eli joystickin tai 35 vastaavan liikealueella aivan liian suuri ja niiden säätö 94662 2 voidaan tehdä vain hyvin pienillä joystickin toiminta-alueilla. Tämä vaikeuttaa ohjaamista, koska hyvin helposti tulee liian suuri ohjaus ja näin ollen tämä hidastaa toimintaa ja laitteen käyttöä merkittävästi. Samoin se aihe-5 uttaa riskejä laitteen vaurioitumisesta varsinkin ahtaissa ja tarkoissa paikoissa toimittaessa.·; 30 The problem with the known solutions is that the adjustment range of the proportional valve must always be dimensioned according to the actuator or cylinder requiring the highest volume flow, so that when controlling small cylinders the speed of movement would be far too high in the entire control element, ie joystick or the like, and 94662 2 joystick operating areas. This makes it difficult to control, as it becomes very easy to get too much control and thus this significantly slows down the operation and use of the device. Likewise, it poses a risk of damage to the device, especially when delivered in tight and precise places.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä ja sovitelma, jolla vältetään tunnettujen ratkaisujen epäkohtia ja joilla voidaan mahdollisimman 10 hyvin käyttää hyväksi ohjauselimen kuten joystickin koko ohjausaluetta. Keksinnön mukaiselle sovitelmalle on ominaista se, että sovitelmassa on ohjausyksikköön kutakin toimilaitetta varten ennalta asetetut asetusarvot, joilla ohjataan proportionaaliventtiiliä niin, että tiettyä toi- .The object of the present invention is to provide a method and an arrangement which avoids the disadvantages of the known solutions and which makes it possible to make the best possible use of the entire control range of a control element such as a joystick. The arrangement according to the invention is characterized in that the arrangement has preset values set in the control unit for each actuator, with which the proportional valve is controlled so that a certain function.

15 milaitetta käytettäessä ohjausyksikkö kytkee vastaavan käyttöventtiilin käyttöasentoon ja vastaavasti kytkeytyy ohjaamaan proportionaaliventtiiliä kyseistä toimilaitetta varten asetettujen toimintaparametrien mukaisesti.When using 15 mil devices, the control unit switches the corresponding operating valve to the operating position and correspondingly switches to control the proportional valve according to the operating parameters set for that actuator.

Keksinnön olennainen ajatus on, että proportionaa-20 liventtiilille asetetaan kutakin sen ohjaamaa toimilaitetta varten erilaiset toimilaitteen mukaan asetetut toimin-taparametrit, jolloin käyttöventtiilin aukaiseminen toimilaitteelle ja tätä toimilaitetta vastaavien ohjausparamet-rien tai käyttöparametrien käyttöönotto proportionaali-25 venttiilille tapahtuvat samanaikaisesti. Tällöin propor-tionaaliventtiilin toimintaa voidaan ohjata niin, että esimerkiksi pienen hydraulisylinterin kyseessä ollen pro-portionaaliventtiilin ohjaus on erilailla verrannollinen ohjauselimen säätöarvoon kuin suuren sylinterin ohjauksen 30 yhteydessä ja pienen sylinterin yhteydessä ohjauselimen maksimi-/minimiarvo aukaisee proportionaaliventtiiliä vain vähän, kun suuren sylinterin ollessa kyseessä se aukaisee proportionaaliventtiilin täysin. Näin kullekin toimilaitteelle saadaan haluttaessa erilaiset säätöalueet. Samoin 35 proportionaaliventtiilin toiminta ja sen aukeaminen voi-The essential idea of the invention is that different operating parameters set according to the actuator are set on the proportional-20 valve for each actuator controlled by it, whereby opening the operating valve to the actuator and applying control parameters or operating parameters corresponding to this actuator to the proportional-valve simultaneously. In this case, the operation of the proportional valve can be controlled so that, for example in the case of a small hydraulic cylinder, the proportional valve control is differently proportional to the control value than in the large cylinder control 30 and in the case of a small cylinder the maximum / minimum opens the proportional valve completely. In this way, different adjustment ranges are obtained for each actuator, if desired. Similarly, the operation and opening of the 35 proportional valves can

IIII

94662 3 daan asettaa epälineaarisesta seuraamaan ohjaimen liikettä, jolloin toiminnan kannalta halutut toiminta-arvot saadaan sopiviksi.94662 3 can be set to non-linearly monitor the movement of the controller, so that the desired operating values for operation are obtained.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan 5 voidaan ohjaus toteuttaa niin, että tietyn toimilaitteen maksimi nopeusarvo voidaan asettaa seuraamaan dynaamisesti ohjaimen liikenopeuksia niin, että mitä nopeammin ohjainta, kuten ohjausvipua, siirretään sitä suurempi maksimino-peusarvo ennalta määrätyissä nopeusrajoissa voidaan saada 10 aikaan. Vastaavasti, kun ohjausvipua siirretään hitaasti, maksiminopeuden arvo pienenee tietyssä suhteessa tämän liikenopeuteen verrannollisesti, jolloin suurilla siirroilla saadaan liikenopeus tapahtumaan nopeammin siirtämällä ohjausvipua nopeasti ja tarkoissa asetuksissa oh-15 jausvipua hitaasti siirtämällä voidaan saada hidas maksimiarvo tarkan paikoituksen aikaansaamiseksi.According to a preferred embodiment of the invention, the control can be implemented so that the maximum speed value of a certain actuator can be set to dynamically monitor the speeds of movement of the controller, so that the faster the controller, such as the control lever, moves the higher the maximum speed value within predetermined speed limits. Correspondingly, when the control lever is moved slowly, the maximum speed value decreases in a certain proportion to its speed, so that large movements cause the speed to move faster by moving the control lever quickly, and in precise settings, moving the control lever slowly can provide a slow maximum value for accurate positioning.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti erästä kallioporako-20 neen puomia toimilaitteineen ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen sovitelman hydraulista ja sähköistä kytkentää.The invention is described in more detail in the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows a boom of a rock drilling rig with actuators and Figure 2 schematically shows the hydraulic and electrical connection of an arrangement according to the invention.

Kuviossa 1 on esitetty puomi 1, joka on sinänsä .. tunnetulla tavalla nivelöidysti kytketty ei tarkemmin esi- 25 tettyyn alustaan 2. Puomin 1 ja alustan 2 välillä näkyy vaakasuuntainen nivelakseli 3, jonka suhteen puomi 1 pystyy kääntymään korkeussuunnassa. Edelleen kuviossa näkyy puominnostosylinteri 4, joka on toisesta päästään kytketty nivelöidysti alustaan 2 ja toisesta päästään puomiin 1 ·; 30 niin, että pidennettäessä sylinteriä kuviossa esitetystä puomi 1 kääntyy ylöspäin nivelakselin 3 ympäri ja vastaavasti lyhennettäessä nostosylinterin 4 pituutta puomi 1 kääntyy nivelakselin 3 ympäri alaspäin. Kuviossa näkyy edelleen osaksi esitettynä syöttöpalkki 5, joka on kytket-35 ty puomin 1 päähän katkoviivalla esitetyn nivelakselin 6 4 94662 ympäri kääntyvästä. Tätä varten laitteessa on kääntösylin-teri 7, joka on kytketty niin, että pidennettäessä sylinterin 7 pituutta syöttöpalkki kääntyy toiseen suuntaan ja vastaavasti lyhennettäessä mainittua pituutta syöttöpalkki 5 kääntyy vastakkaiseen suuntaan. Edelleen kuviossa näkyy pyöritysmoottori 8, joka on kytketty pyörittämään syöttö-palkkia ja siihen liittyviä komponentteja kuvioon toisella katkoviivalla merkityn pyöritysakselin 9 ympäri. Sylinteri 4 ja 7 sekä pyöritysmoottori 8 ovat eräitä tyypillisiä 10 kallioporakoneen puomin toimilaitteita ja niiden käyttämiseen tarkoitettu hydraulikytkentä esitetään tarkemmin kuviossa 2.Fig. 1 shows a boom 1 articulated in a manner known per se to a base 2 not shown in more detail. Between the boom 1 and the base 2 there is a horizontal articulated shaft 3, with respect to which the boom 1 is able to pivot in the height direction. The figure further shows a boom lifting cylinder 4 articulated at one end to the base 2 and at the other end to the boom 1 ·; 30 so that when the cylinder is extended from the one shown in the figure, the boom 1 pivots upwards about the pivot shaft 3, and correspondingly, when the length of the lifting cylinder 4 is shortened, the boom 1 pivots downwards about the pivot shaft 3. The figure further shows in part a view of a feed beam 5 which is connected to the end of the boom 1 about a pivot about a pivot shaft 6 4 94662 shown in broken line. To this end, the device has a pivoting cylinder 7 which is connected so that when the length of the cylinder 7 is extended, the feed bar pivots in the other direction and, correspondingly, when said length is shortened, the feed bar 5 pivots in the opposite direction. The figure further shows a rotation motor 8 connected to rotate the feed beam and its associated components about a rotation axis 9 marked with a second dashed line in the figure. The cylinder 4 and 7 as well as the rotary motor 8 are some typical actuators of a rock drilling machine boom 10 and the hydraulic connection for their operation is shown in more detail in Figure 2.

Kuviossa 2 on esitetty kaavamaisesti keksinnönmu-kainen sovitelma, jossa on kytketty ohjaimia 11a - lld 15 ohjaamaan ohjausyksikön 12 avulla proportionaaliventtiiliä 13. Proportionaaliventtiiliin 13 tulee hydraulipumpulta 14 ja säiliöstä 15 painenesteletkut 16 ja 17, joiden kautta painenestettä ohjataan proportionaaliventtiilin 13 avulla toimilaitteille 18a - 18d sekä vastaavasti takaisin niis-20 tä. Kutakin toimilaitetta 18a - 18d kohden on vastaavasti käyttöventtiilit 19a - 19d, jotka on kytketty kumpaankin painenesteletkuun ja vastaavasti toimilaitteeseen ja joilla valitaan, mikä toimilaite kerrallaan on ohjattavana. Ohjausyksikössä 12 on vastaavasti kutakin toimilaitetta 25 varten asetetut ohjausparametrit, joilla proportionaaliventtiiliä 13 ohjataan. Kun ohjaimelta valitaan sitä esimerkiksi tiettyyn suuntaan kääntämällä tietty toimilaite, esimerkiksi 18a, jota ohjataan, ohjausyksikkö 12 kytkee tämän toimilaitteen käyttöventtiilin 19a haluttuun asemaan 30 joko niin, että painenestekanavat kytkeytyvät suoraan toi-milaitteen sylintereihin tai keskenään ristiin niin, että toimilaite liikkuu vastakkaiseen suuntaan. Samalla ohjausyksikkö 12 kytkee proportionaaliventtiilille ohjausparametrit niin, että ohjaimen ohjausvivun tietynsuuntaista 35 liikettä vastaa ennalta määrätty ohjausliike toimilait-Fig. 2 schematically shows an arrangement according to the invention in which controllers 11a to lld 15 are connected to control a proportional valve 13 by means of a control unit 12. The proportional valve 13 receives pressure fluid hoses 16 and 17 from the hydraulic pump 14 and a tank 15 through which the fluid is controlled by the proportional valve 13 correspondingly back to niis-20. For each actuator 18a to 18d, there are respectively operating valves 19a to 19d, which are connected to each of the pressure fluid hoses and to the actuator, respectively, and which select which actuator is to be controlled at a time. The control unit 12 has control parameters set for each actuator 25, respectively, with which the proportional valve 13 is controlled. When it is selected from the controller, for example by turning a certain actuator, e.g. 18a, which is controlled, the control unit 12 connects this actuator actuator valve 19a to the desired position 30 either by connecting the pressure fluid channels directly to the actuator cylinders or crosswise. At the same time, the control unit 12 switches the control parameters to the proportional valve so that the movement 35 of the control lever of the controller corresponds to a predetermined control movement of the actuator.

IIII

94662 5 teessä ja ohjaimen liikkeen asento vastaavasti säätää kyseisen toimilaitteen liikenopeutta proportionaaliventtii-lin avulla. Kun esimerkiksi ohjainta 11a käännetään, antaa se ohjaussignaalin ohjausyksikköön 12, joka puolestaan 5 kytkee käyttöventtiilin 19a haluttuun asentoon ja päästää painenestettä virtaamaan toimilaitteelle 18a. Proportio-naaliventtiilin 13 liike ja hydraulinesteen ohjaus on asetettu ohjausyksikköön 12 etukäteen toimilaitteen 18a ominaisuuksien ja halutun nopeuden mukaisella tavalla samoin 10 kuin vastaavasti kaikkia muita toimilaitteita 18b - 18d varten on tallennettu ohjausyksikköön 12 toimilaitekohtai-set ohjausparametrit. Näin saadaan asetetuksi ohjaus niin, että ohjattaessa esimerkiksi ohjaimella 11a toimilaitetta 18a, proportionaaliventtiili 13 päästää painenestettä vir-15 taamaan ohjaimen 11a vivun asentoon verrannollisesti niin, että koko vivun liikealue saadaan käytetyksi hyväksi toimilaitteen 18a tarvitseman nestevirran määrästä riippumatta. Näin saadaan esimerkiksi halkaisijaltaan eri suuruisten sylintereiden liike säädetyksi niin, että ohjaimen 20 vivun asento määrää nopeuden ja proportionaaliventtiilin 13 nestevirran maksimimäärä on mitoitettu ohjausparametri-en avulla niin, että ohjaimen vivun suurin kulma vastaa juuri sen toimilaitteen tarvitsemaan maksiminestevirtaus- .. ta.94662 5 and the position of the movement of the controller, respectively, controls the speed of movement of the actuator in question by means of a proportional valve. For example, when the controller 11a is turned, it provides a control signal to the control unit 12, which in turn 5 switches the operating valve 19a to the desired position and allows the pressure fluid to flow to the actuator 18a. The movement of the proportional valve 13 and the control of the hydraulic fluid are set in the control unit 12 in advance according to the characteristics and the desired speed of the actuator 18a, as well as for all other actuators 18b to 18d, the actuator-specific control parameters are stored in the control unit 12. In this way, the control is set so that, for example, when controlling the actuator 18a by the controller 11a, the proportional valve 13 allows the pressure fluid to flow proportionally to the lever position of the controller 11a so that the entire lever range is used regardless of the amount of fluid required. Thus, for example, the movement of cylinders of different diameters can be adjusted so that the position of the lever of the controller 20 determines the speed and the maximum fluid flow of the proportional valve 13 is dimensioned by control parameters so that the maximum angle of the controller lever

• < 25 Keksintöä edellä selityksessä ja piirustuksissa on esitetty vain esimerkinomaisesti, eikä sitä ole millään tavalla rajoitettu siihen. Ohjainten kytkentä ohjausyksikköön ja toimintaparametrien tallennus ohjausyksikköön voidaan tehdä eri tavoin käyttämällä sinänsä tunnettuja tek-·· 30 nisiä ratkaisuja. Samoin toimintaparametrit voidaan aset taa joko lineaarisiksi tai eri tavoin logaritmisiksi tai muulla tavoin niin, että ohjaimen vivun kääntökulmaa vastaa halutulla tavalla tietynlainen painenestevirtaus.The invention has been shown in the description and drawings above by way of example only and is in no way limited thereto. The connection of the controllers to the control unit and the storage of the operating parameters in the control unit can be done in various ways using technical solutions known per se. Likewise, the operating parameters can be set either linear or logarithmically in different ways, or otherwise so that the angle of rotation of the control lever corresponds to a certain type of pressure fluid flow as desired.

Claims

An apparatus for controlling such a rock drill machine boom (1) having multiple actuators 5 (18a - 18d) for the various functions of the boom, one actuating valve (19a - 19d) for each actuator (18a - 18d), two pressure fluid channels (16, 17) to which the actuating valves (19a - 19d) are connected in parallel, whereby a given actuator is actuated by means of the actuating valve (18a - 18d) of the actuating valve (19a - 19d), said pressure fluid channels (16, 17) connected to the actuating device (16, 17). (18a - 18d), an electrically driven proportional valve (13) coupled to said pressure fluid ducts (16), by means of which the flow of the pressure fluid in the pressure fluid ducts (16, 17) is controlled, an electric control unit (12) for controlling the proportional valve (13). ) and controls (11a - 11d) for operating the actuators (18a - 18d), characterized in that the device has preset values for the control unit (12). each actuator (18a - 18d), with which the proportional valve (13) is controlled, so that when a given actuator (18a - 18d) is actuated, the control unit (12) couples the corresponding actuator valve (19a - 19d) to an operating position and switches to the corresponding position Means for controlling the proportional valve (13) according to the operating parameters set for the actuating device in question (18a - 18d).

Device according to claim 1, characterized in that the operating parameters for each device. The actuator (18a - 18d) is thus set so that the pressure fluid flow through the proportional valve (13) is proportional to the pivot angle of a corresponding control member (11a - 11d) control arm.

3. Device according to claim 2, characterized in that the maximum flow rate of the pressure fluid II through the proportional valve (13), which is determined by the function parameters, is dimensioned according to the desired maximum operating speed for each actuator (18a - 18d). , so that, when the control arm (11a - lid) 5 is in its extreme turn, the said maximum amount of pressure fluid flows into the actuator (18a-18d).

Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the value of each operating device (18a-18d) maximum speed is set to dynamically correspond to the speed of the control arm (11a-member), so that the maximum value becomes the greater. the speed at which the control arm moves Sr,> · · • · ». · · · ·